Corso integrato con Impianti Chimici (prof. Matteo D'AMORE)

Introduzione    Quantomeccanica    Interazioni intermolecolari

Soluzioni di elettroliti Atomi e molecole Spettroscopia

Soluzioni binarie Termodinamica statistica Metodi strutturali

Elettrochimica Cinetica

OBIETTIVI DEL CORSO

Lo studente alla fine del corso deve dimostrare di:

  a) aver acquisito una conoscenza critica dei principi e delle applicazioni della Chimica Fisica;

  b) conoscere i principi fisici su cui si basa la chimica, allo scopo di giustificare ed interpretare la struttura della materia;

  c) aver acquisito una conoscenza generale dell’equilibrio termodinamico, della cinetica e della struttura molecolare;

  d) conoscere l’equilibrio chimico e fisico, mediante l’impiego della termodinamica chimica classica e la termodinamica statistica;

  e) conoscere le leggi cinetiche della trasformazione chimica in dipendenza del tempo e della temperatura;

   f) conoscere la struttura delle molecole e le loro interazioni, utilizzando nozioni di meccanica quantistica e spettroscopia molecolare.

 

PREREQUISITI IRRINUNCIABILI

Conoscenza dei principi di analisi matematica e delle nozioni di chimica, di fisica e di chimica fisica svolte nel corsi di Matematica, di Chimica Generale ed inorganica, di Fisica e di Chimica Fisica del 1° anno CTF.

 

PROGRAMMA DEL CORSO

Soluzioni di non elettroliti. Soluzioni di elettroliti. Membrane biologiche. 

Il potenziale chimico di una sostanza in una miscela. Energia libera, entropia e entalpia di miscelamento per i gas ideali. Azeotropi. Proprietà colligative. Diminuzione della pressione di vapore. Innalzamento ebullioscopico e abbassamento crioscopico. Pressione osmotica. Proprietà colligative delle soluzioni reali. Conducibilità elettrica in soluzione. Grado di dissociazione. Calcolo della costante di equilibrio. Velocità ioniche. Ioni in soluzione acquosa. Sfera di idratazione. Ioni liberi e coppie di ioni. Attività ioniche. Legge di Debye-Huckel. Forza ionica. Fenomeni di trasporto. Diffusione semplice (legge di Fick). Pompa sodio-potassio.

Elettrochimica.  Cinetica chimica.

Celle elettrochimiche. Forza elettromotrice. Pila Daniell. Lavoro prodotto dalla cella in condizioni reversibili. Relazione DG e potenziale di cella. Condizioni standard. Equazione di Nernst. Determinazione di DH° e DS° di reazione per via elettrochimica. pH-metro. Intermedio di reazione. Stadio determinante la velocità di reazione. Distribuzione delle velocità e dell’energia di Maxwell- Boltzmann. Collisioni molecolari. Teoria dello stato di transizione. Meccanismo di Lindemann-Hinshelwood. Approssimazione dello stato stazionario. Reazioni complesse. Cinetica enzimatica.

Meccanica quantistica. Atomi e molecole.  Forze intermolecolari.

Mondo microscopico e mondo macroscopico. Meccanica quantistica, spettroscopia e diffrazione. Teoria ondulatoria della luce. Teoria quantistica di Planck. Effetto fotoelettrico. Postulato di De Broglie. Spettri atomici. Modello di Bohr. Funzione d’onda. Equazione d’onda di Schrödinger. Principio di indeterminazione di Heisenberg. Particella in una scatola. Effetto tunnel. Atomo di idrogeno (e sistemi idrogenoidi). Coordinate polari. Orbitali atomici. Lo spin dell’elettrone. Transizioni spettrali e regole di selezione. Atomi a molti elettroni. Legame chimico. Teoria del legame di valenza (VB). Ibridazione. Risonanza. Teoria dell’orbitale molecolare (MO). Combinazione lineare di orbitali atomici (LCAO). Molecole biatomiche. Molecole poliatomiche. Simmetria e sovrapposizione. Teoria delle bande di conduzione. Momento dipolare elettrico permanente. Interazione ione-dipolo, dipolo-dipolo, ione-dipolo indotto, dipolo-dipolo indotto. Interazioni di dispersione o di London. Polarizzabilità. Raggio di van der Waals. Il legame a idrogeno. Particelle distinguibili ed indistinguibili. Principio di equipartizione dell’energia.  Moti molecolari. Gradi di libertà traslazionale, rotazionale e vibrazionale. Lacune di miscibilità tra liquidi. Spettroscopia elettronica. Principio di Franck-Condon. Spettroscopia vibrazionale. Approssimazione armonica. Oscillatore anarmonico. Spettroscopia rotazionale. Rotatore rigido. Spettroscopia Raman. Fluorescenza e fosforescenza. Metodi diffrattometrici e di risonanza.

 

TESTI CONSIGLIATI

Numerosi sono i testi, sia italiani che stranieri, in grado di fornire in misura tra loro equivalente gli elementi necessari allo studio degli argomenti descritti nel programma d’esame. Di seguito si riporta un elenco che include i testi più diffusi ed utilizzati nelle Università italiane e straniere. Si raccomanda l’uso di testi pubblicati negli ultimi anni.

P.W. Atkins, J. De Paula, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna.

P.W. Atkins, J. De Paula, Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna

R. Chang, Chimica Fisica I e Chimica Fisica II, Zanichelli, Bologna.

M.R. Di Cocco; C. Manetti; A. Miccheli, Principi di Chimica Fisica, EdiSES, Napoli.

A. Gavezzotti Principi di Chimica Fisica, Casa Editrice Ambrosiana, Milano.

G. M. Barrow, Physical Chemistry for the Life Science, Mc Graw Hill Int. Book Company (in inglese).

W.J. Moore, Chimica Fisica, Piccin, Padova.